MODELAMIENTO Y SIMULACIN HYSYSSISTEMA DE REFRIGERACIN

I. OBJETIVOS

Identificar y analizar las consideraciones, ecuaciones y coherencia del modelo en el sistema de refrigeracin. Identificar y aplicar simuladores trmicos en sistemas de refrigeracin. Analizar y evaluar el sistema de refrigeracin para las variables de entrada. Graficar y analizar los resultados para las variables a determinar del sistema de refrigeracin.

II. ANTECEDENTES

HYSYS es un software desarrollado por la empresa AspenTech, del cual tanto ENAP Magallanes como el Departamento de Qumica de la Universidad de Magallanes posee licencia de uso para su versin 3.2, en estado estacionario.HYSYS se ha mantenido durante 20 aos como la alternativa lder en simulaciones relacionadas con la industria petroqumica, y en ENAP se utilizan a diario simulaciones creadas por los ingenieros de procesos, para estimar soluciones y planificar futuros proyectos.HYSYS es un programa de simulacin de procesos qumicos orientado a objetos. Posee un aspecto visual caracterstico y trabaja sobre sistemas operativos Windows. Permite modelar sistemas complejos mediante una avanzada interfaz grfica, que ofrece al usuario la posibilidad de armar el flowsheet de planta en una ventana llamada PFD, Process Flowsheet Diagram. Posteriormente ingresando los datos necesarios (presiones, temperaturas, composiciones, flujos y especificaciones tcnicas de equipos, bsicamente), se puede simular el sistema real y obtener los resultados o estimaciones adecuadas.

III. MARCO TERICO

REFRIGERACIN:

Larefrigeracines un proceso que consiste en bajar o mantener el nivel de calor de un cuerpo o un espacio. Considerando que realmente el fro no existe y que debe hablarse de mayor o menor cantidad de calor o de mayor o menor nivel trmico (nivel que se mide con la temperatura), refrigerar es unproceso termodinmicoen el que se extrae calor del objeto considerado (reduciendo su nivel trmico), y se lleva a otro lugar capaz de admitir esa energa trmica sin problemas o con muy pocos problemas.Las aplicaciones de refrigeracin son entre muchas:

Laclimatizacinde espacios habitados, para alcanzar un grado de confort trmico adecuado para la habitabilidad de un edificio. Laconservacin de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. Como por ejemplo la produccin de hielo o nieve, la mejor conservacin de rganos enmedicinao el transporte de alimentos perecederos. Losprocesos industrialesque requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricacin de plsticos, la produccin deenerga nuclear. Lacriognesiso enfriamiento a muy bajas temperaturas empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones cientficas. Motores de combustin interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba enva el lquido refrigerante a las galeras que hay en el bloque motor y la culata y de all pasa unradiador de enfriamientoy un depsito de compensacin. El lquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelacin para preservar al motor de sufrir averas cuando se producen temperaturas bajo cero.

El modo ms utilizado para el enfriamiento artificial de espacios cerrados, se consigue mediante los mtodosde compresinyde absorcin.Tipos de ciclos de refrigeracin:

CICLO IDEAL DE REFRIGERACIN POR COMPRESINEn este ciclo de refrigeracin el refrigerante se evapora y se condensa, comprimindolo, alternativamente para luego volver a la fase de vapor. Est compuesto por 4 procesos: Compresinisoentrpica en un compresor. Disipacin de calor a presin constante en un condensador. Estrangulamiento en undispositivo de expansiny consiguiente evaporacin. Absorcin de calor a presin constante en un evaporador.

CICLO REAL DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE VAPOREl proceso de compresin real incluye efectos defriccin, los cuales incrementan laentropay la transferencia de calor lo cual puede aumentar o disminuir la entropa dependiendo de la reaccin.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN EN CASCADAUn ciclo de refrigeracin en cascada consiste en efectuar el proceso de refrigeracin por etapas, es decir, dos o ms ciclos de refrigeracin que operan en serie. En unciclode refrigeracin de dos etapas, los ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor en medio, el cual sirve como evaporador para el ciclo superior y como condensador en el ciclo inferior.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE MLTIPLES ETAPASCuando el fluido utilizado por todo el sistema de refrigeracin en cascada es el mismo, el intercambiador de calor se puede sustituir por una cmara de mezclado puesto que tiene las mejores caractersticas de transferencia de calor.

SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR ABSORCINCuando se tiene una fuente de energa trmica barata a unas temperaturas entre 80 y 200C es larefrigeracin por absorcin. El principio de funcionamiento es semejante al ciclo de compresin: el refrigerante absorbe calor al evaporarse y despus se condensa para recomenzar el ciclo, pero la diferencia estriba en que en vez de un compresor, como su nombre indica, en estos sistemas de refrigeracin el ciclo se cierra mediante la absorcin del refrigerante por un medio de transporte (o absorbente) y posterior separacin de la disolucin por medio del calor para recomenzar el ciclo. Los ciclos de refrigeracin por absorcin frecuentes son: amoniaco-agua, donde elamoniaco(NH3) sirve como refrigerante y elagua(H2O) es el absorbente. agua-bromuro de litio, donde el agua (H2O) sirve como refrigerante y elbromuro de litio(LiBr) como absorbente, siendo este sistema el que mejores rendimientos tiene, aunque tiene el inconveniente de que no puede funcionar a menos de 0C (temperatura de congelacin del agua, el refrigerante), lo que no obsta para los sistemas de refrigeracin de espacios habitados.

IV. ELEMENTOS A UTILIZAR

01 computadora personal 01 sistema operativo Windows Xp (mnimo). 01 simulador Aspen Hysys 01 multmetro digital con sonda de temperatura 01 banco sistema de refrigeracin

V. PROCEDIMIENTO

5.1. Modelamiento en sistema de refrigeracin

1. Describa el proceso:La refrigeracin es un proceso, en el que se realiza un trabajo, con el fin de mover el calor de una locacin y transferirlo a otra. La refrigeracin puede ser usada en muchas aplicaciones como en neveras para hogares, refrigeradores industriales, soluciones de criogenia, sistemas de aire acondicionado, etc.

2. Consideraciones:

El aire de operacin es a temperatura ambiente. La cmara del evaporador es pequea, por ende opera con pequeo flujo de aire.

3. Ecuaciones:

Descripcin Ecuacin

5.2. Anlisis de las variables de entrada en sistema de refrigeracin:

1. Toma de datos de la placa del compresor:

Motor compresor

TipoReciproco

Eficiencia (%)0.90

Factor de potencia (A)0.85

RefrigeranteR-134 a

2. Configura el multmetro en voltmetro AC y la pinza amperimtrica en ampermetro de AC, y realiza las mediciones al compresor:

Motor compresor

Voltaje de la lnea red (V)224 V

Intensidad de corriente (A)0.797

3. Calcula la potencia en Hp del motor compresor:

Motor compresor

Potencia (hp)178 Kw

4. Tome las especificaciones de la tubera capilar (valvula):

Entrada a vlvulaFren

Fraccin de vapor0

Temperatura entrada (C)35 C

Fraccin molar1

5. Tome las especificaciones del evaporador:

Entrada al evaporadorFren

Cada de presin (psi)3 psi

Salida del evaporador Fren

Fraccin de vapor1

Temperatura salida (F)0.4 C

6. Tome las especificaciones del compresor:

Entrada al compresorFren

Presin entrada (Psi)1341 Psi

7. Tome las especificaciones del condensador:

Salida al condensadorFren

Cada de presin (Psi)2 Psi

5.3. Equipos del sistema de refrigeracin 5.3.1. Vlvula, evaporador, compresor y enfriador

1. Defina el sistema de unidades (ingles), lista de componentes y paquete de fluidos a utilizar en la simulacin.Se trabaja con el sistema internacional.Las fluidos que operan en este sistema de simulacin son el refrigerante R134a y el fluido refrigerado como el aire.

2. Agrega una corriente de entrada 1, y especifica sus condiciones. Fraccin de vapor Temperatura Composicin fraccin molar

3. Agrega una corriente de salida 2.

4. Agrega una vlvula, especifica las conexiones de corriente de entrada 1 y corriente de salida 2.

5. Agrega una corriente 3 y una corriente de energa Q.

6. Agrega un evaporador, especifica las conexiones de corriente de entrada 2, corriente de salida 3, y corriente de energa. Defina parmetros:

Cada de presinIngresa a la ficha worksheet y define en la corriente salida 3: Fraccin vapor Temperatura salida

7. Insertamos una corriente de salida 4:

8. Agrega un compresor, especifica las conexiones de corriente de entrada 3, corriente de salida 4, y corriente de energa Q. define parmetros:Ingresa a la ficha worksheet y define en la corriente salida 4: Potencia Presin de salida (no definir ) ps

9. Agrega un enfriador (cooler), especifica las conexiones de corriente de entrada 4, corriente de salida 1, y corriente de energa Q. define parmetros: Cada de presin

10. Ingresa a la ficha performance y en plots observa la grfica presin temperatura.

11. En el workbook observa los niveles de presin y flujo de refrigerante calculados por HYSYS, as como el resto de las propiedades que definen completamente el caso simulado.

VI. CUESTIONARIO

1. Identifique las discrepancias que ha tenido en el laboratorio y explique las causas de dichas discrepancias.

Hubo confusiones cuando se arm el sistema, ms que nada por un sentido de orientacin, ya que el lugar de los equipos en las grficas haban sido movidas, esto dificulto identificar el sentido del fluido refrigerante

Se desconoca la cantidad de aire de recirculacin para el condensador, esto dificulto el seguir con la simulacin.

2. Describa las aplicaciones prcticas del mtodo propuesto en el experimento.

La climatizacin de espacios habitados La conservacin de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. La criognesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones cientficas. Motores de combustin interna Mquinas-herramientas: Aparatos electrnicos

VII. ANALISIS Y DISCUCIONES

Los datos obtenidos en las mediciones no son exactas, ya que los instrumentos presentan mucho margen de error de medicin, El estado de un equipo determina el nivel de precisin en las mediciones y el nivel de exactitud en los clculos. Los clculos hechos fueron realizados solo para un tipo de fluido; sin embargo, la metodologa seguida es igual para cualquier otro tipo de fluido de trabajo. Cuando se procedi a hacer las medidas de presin, se encontr un manmetro defectuoso, por lo cual se tuvo que trabajar con el valor ledo, aun cuando este no sea el verdadero.

VIII. CONCLUSIONES

Consideramos una temperatura de ingreso del aire a nivel ambiente, lo cual se verifico en el sistema real que as era, adems la cmara donde se encontraba el evaporador era de un volumen pequeo como el sistema estudiado. Las consideraciones reales dadas, tambin se incluyeron dentro del proceso de simulacin, con el fin de delimitar ms el proceso y hacerlo ms real. El simulador utilizado fue el Aspen Hysys, en el cual se pudo hacer la simulacin con exito. Las variables de entradas fueron valores reales medidos de un sistema de refrigeracin del laboratorio, con lo cual al momento de simular, nos permitir contrastar el grado de diferencia entre un proceso ideal y real. Los datos obtenidos fueron tabulados en las tablas presentadas respectivamente

IX. EFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Luis Emilio Villegas Vivar. 2007. [En lnea] 4 de 12 de 2012. [Citado el: 10 Octubre de 2014.] http://www.unicrom.com/ Simulacin en HYSYS de los Procesos Productivos ENAP MAGALLANES.asp.